A pesar del gran potencial de la fabricación aditiva, el primer paso resulta bastante tedioso.

Antes de depositarse una sola capa de material, los ingenieros deben primero diseñar la pieza en CAD, usando herramientas como SolidWorks, Siemens NX o Autodesk Fusion 360. Incluso al trabajar a partir de un componente existente, esto supone horas de trabajo de ingenieros especialmente capacitados que diseñan y rediseñan la pieza hasta que el archivo está listo para su preparación.

Sume comprobaciones adicionales para asegurar que las características faltantes se reparen, que los componentes sean herméticos y que se respeten las tolerancias especificadas, y un proceso aparentemente sencillo se convierte en un proyecto manual que requiere mucha experiencia. Y este flujo de trabajo tedioso solo se agrava cuando las piezas tienen formas irregulares o carecen de sus archivos de diseño originales.

Solo entonces se puede enviar la pieza a un software de preparación, donde se divide en capas y se traduce a instrucciones legibles por la máquina. Y en esta fase, si se detectan más imperfecciones, la pieza debe enviarse de nuevo para que comience otra vez el proceso de diseño.

Teniendo en cuenta los perfiles de misión altamente variables de las aeronaves hoy en día, no es habitual que dos piezas fallen de la misma manera. Ciertamente, el FEA puede predecir los perfiles de fallo hasta cierto punto, pero los resultados empíricos siempre serán distintos. Por lo tanto, es necesario seguir este proceso para cada pieza de forma individual, lo que incrementa exponencialmente el coste en tiempo y dinero.

Una empresa está reinventando este proceso, permitiendo reconstruir piezas más rápido y, al hacerlo, abriendo nuevas posibilidades para la reparación industrial a gran escala.

Escanea, no modeles

Entra FormAlloy, una empresa de fabricación aditiva de metales con sede en San Diego que está reinventando la forma en que las piezas metálicas se diseñan, reparan y fabrican.

La empresa aprovecha la tecnología Directed Energy Deposition (DED), una técnica que utiliza una fuente de energía focalizada —como un láser o un haz eléctrico— para fundir el material mientras se guía a través de una boquilla. Piénselo como una impresora 3D convencional basada en PLA, excepto que el filamento es metal en lugar de plástico.

En conversación con AeroXplorer, la CEO de FormAlloy, Melanie Lang, contó más sobre la tecnología de su empresa y cómo está evitando dolores de cabeza a empresas de todo el país.

FormAlloy fabrica tres sistemas DED, con volúmenes de construcción que van desde 300mm x 300mm x 300mm (aproximadamente 1ft x 1ft x 1ft) hasta 2m x 2m x 2m (aproximadamente 6.5ft x 6.5ft x 6.5ft). A través del software propietario de FormAlloy, el material se deposita exactamente donde se necesita. Pero lo que distingue a la empresa es cómo determina dónde debe depositarse.

«No hace falta necesariamente contar con un modelo 3D», explicó Lang. «Hemos desarrollado una tecnología que puede simplemente escanear el componente que necesita reparación y generar automáticamente la trayectoria de la herramienta, para luego empezar a reparar sobre esa superficie». 

En vez de obligar a los ingenieros a reconstruir por ingeniería inversa un componente desgastado en un archivo CAD, los sistemas de FormAlloy pueden escanear el componente directamente y generar automáticamente una trayectoria de herramienta. A partir de ahí, la máquina comienza a depositar material para devolver la pieza a sus especificaciones requeridas, sin necesidad de modelado manual.

Las implicaciones de esto son importantes. Por ejemplo, las palas de turbina son notoriamente caras de reemplazar y, en la actualidad, típicamente se reparan mediante procesos de soldadura manual, donde ingenieros capacitados reconstruyen el material hasta las tolerancias a mano. La solución de FormAlloy automatiza este proceso.

Lang contó: «Muchas veces estas piezas que se están reparando se hacen con una reparación por soldadura manual. Alguien está soldando a mano y luego trata de reconstruirlo hasta las tolerancias. Así como ese soldador sabe, 'Debo aplicar 10 capas', o 'Debo añadir 20 milímetros', nosotros también tendríamos que indicarle eso a la máquina. Tenemos que decirle cuáles deben ser las dimensiones'.»

Manejo de la variabilidad

En una demostración en vivo, Lang mostró el sistema procesando una disposición de cuatro palas de turbina, con una de ellas colocada incorrectamente. La idea era demostrar que el sistema no asume uniformidad. Cada pala se escanea de forma individual, y el sistema genera una trayectoria de herramienta independiente para cada una, teniendo en cuenta variaciones en el patrón de desgaste, la geometría, la posición y más.

Pero, señaló Lang, para aplicaciones en las que las piezas son uniformes (como aplicar recubrimientos a componentes nuevos), el sistema puede replicar una sola trayectoria de herramienta en toda la disposición, usando el escáner principalmente para la alineación y la detección de características.

Certificación

Quizá el punto más técnicamente matizado que mencionó Lang fue que la geometría es solo una pequeña parte de los requisitos. Si bien es importante, otra gran parte de la ecuación consiste en mantener las tolerancias especificadas, algo que no puede subestimarse. ¿De qué sirve una pieza si no puede funcionar de forma fiable en aplicaciones reales?

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Esta distinción, argumenta Lang, es donde muchos procesos de reparación fracasan. Y es lo que distingue a FormAlloy de su competencia.

«También hay que observar el tamaño, la forma y la temperatura del charco de fusión que se está generando y mantenerlo muy consistente, porque eso es lo que mantiene constantes las propiedades del material», explicó. «El rendimiento de esa pieza depende de cómo se fabrica y de lo que ocurre con los gradientes de temperatura en la pieza y las velocidades de enfriamiento. Y esas son cosas que controlamos para asegurarnos de que no solo se vean iguales, sino que también funcionen igual».

Esto, junto con el DED Smart Control de la empresa, hace que las piezas fabricadas con los productos de FormAlloy sean más fácilmente certificables. De hecho, esta tecnología Smart Control puede usarse directamente en el proceso de certificación, recopilando información sobre gradientes de temperatura, tamaños de cordón y velocidades de enfriamiento para asegurar que las propiedades del material sean idénticas a las de sus homólogos originales.

Un nuevo flujo de trabajo

FormAlloy está presentando un argumento convincente que la industria de la fabricación aditiva industrial ha ignorado durante décadas. En el pasado, la innovación ha empezado en gran medida por el propio proceso de impresión, pero ¿y si el modelo no existe?

Al innovar primero con la pieza, y al combinar capacidades de escaneo a impresión con la fabricación de piezas basada en datos, FormAlloy está comprimiendo un flujo de trabajo de varios días en apenas horas.

Al hacerlo, FormAlloy avanza hacia un futuro en el que la fabricación aditiva prioriza la restauración inteligente en lugar de impresiones perfectas. Y para las empresas centradas en beneficios a largo plazo, esto es lo que más importa.